JP2000114638A - Metallic vapor laser device - Google Patents

Metallic vapor laser device

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JP2000114638A
JP2000114638A JP28508398A JP28508398A JP2000114638A JP 2000114638 A JP2000114638 A JP 2000114638A JP 28508398 A JP28508398 A JP 28508398A JP 28508398 A JP28508398 A JP 28508398A JP 2000114638 A JP2000114638 A JP 2000114638A
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JP
Japan
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gas
discharge
metal vapor
laser
laser device
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Application number
JP28508398A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Otani
良一 大谷
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Toshiba Corp
Laser Atomic Separation Engineering Research Association of Japan
Original Assignee
Toshiba Corp
Laser Atomic Separation Engineering Research Association of Japan
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallic vapor laser device which can obtain a laser output having a low cost and being stable. SOLUTION: A metallic vapor laser device 1 is provided with a metallic vapor source 5 which internally generates metallic vapor, which generates the metallic vapor by heating an electric-discharge tube 2 in which buffer gas for discharging is filled, by discharge heating and which generates laser by exciting the metallic vapor, and has a gas flow volume controlling device 16 which controls and infuses the flow volume of the buffer gas for discharge into the inside of the electric-discharge tube 2, two system gas supplying tubes of a pure neon gas supplying tube 21 junctioned with the gas flow volume controlling device and a mixed gas supplying tube 22, a switching controlling device 25 which drives switching valves 23 and 24 for the two system gas supplying and a gas pressure controlling device 30 which controls a pressure of the buffer gas for discharge in the electric-discharge tube to be constant.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、金属蒸気レーザ
ー装置に係り、特に、放電管内に充填されているバッフ
ァガスの制御に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a metal vapor laser apparatus, and more particularly, to control of a buffer gas filled in a discharge tube.

【0002】[0002]

【従来の技術】大出力の連続レーザー発振が可能で、例
えば、金属加工機等に利用される大型のレーザー装置と
して、金属蒸気レーザー装置が広く利用されている。
2. Description of the Related Art A metal vapor laser device is widely used as a large-sized laser device capable of continuous laser oscillation with a large output, for example, used for a metal working machine.

【0003】上述した大型で大出力の金属蒸気レーザー
装置は、内部に金属蒸気源を含み、円筒状に形成された
放電管本体、放電管本体の両端部に、一対に配置される
陽極および陰極、陽極および陰極のそれぞれの外側に、
一対に配置されるブリュスタ管、それぞれのブリュスタ
管のさらに外側に配置された全反射ミラーおよび出力ミ
ラー等の周知のレーザー発振構造を有している。また、
放電管本体は、外周面を取り巻くように配置される断熱
材および筒状の胴体により断熱されている。
The above-mentioned large-sized, high-output metal vapor laser device includes a metal discharge source inside, a cylindrical discharge tube main body, and a pair of anode and cathode disposed at both ends of the discharge tube main body. , Outside each of the anode and cathode,
It has a well-known laser oscillation structure such as a pair of Brewster tubes, a total reflection mirror and an output mirror disposed further outside each Brewster tube. Also,
The discharge tube main body is insulated by a heat insulating material and a cylindrical body arranged so as to surround the outer peripheral surface.

【0004】ブリュスタ管の一方には、放電用バッファ
ガスとしてのネオン(Ne)ガスが供給される。なお、
放電用バッファガスとしては、金属蒸気源からの金属蒸
気が生成されてレーザー発振が開始されるまでの間は、
ネオンガスのみが利用されるが、金属蒸気が生成される
と、放電管本体内の放電用バッファガスの放電抵抗が低
下してレーザー出力が変動することから、ネオンガス
に、水素を0.5〜2%程度混合した混合ガスが利用さ
れる。このため、放電管本体にネオンガスを供給するブ
リュスタ管は、ネオンガスまたはネオンガスに水素を混
合した混合ガスの双方が供給可能に形成されている。
One of the Brewster tubes is supplied with neon (Ne) gas as a discharge buffer gas. In addition,
As the discharge buffer gas, until the metal vapor is generated from the metal vapor source and laser oscillation starts,
Although only neon gas is used, when metal vapor is generated, the discharge resistance of the discharge buffer gas in the discharge tube main body decreases and the laser output fluctuates, so that 0.5 to 2 hydrogen is added to neon gas. % Mixed gas is used. For this reason, the Brewster tube that supplies neon gas to the discharge tube main body is formed so as to be able to supply both neon gas or a mixed gas obtained by mixing hydrogen with neon gas.

【0005】他の一方のブリュスタ管には、放電管本体
内の放電用バッファガスの濃度を所定の濃度に設定する
ために利用される排気管、流量調整弁および真空ポンプ
が接続されている。
[0005] An exhaust pipe, a flow control valve, and a vacuum pump used for setting the concentration of the discharge buffer gas in the discharge tube main body to a predetermined concentration are connected to the other one of the Brewster tubes.

【0006】このような金属蒸気レーザー装置において
は、放電管本体にネオンガスを充填し、陽極と陰極との
間に高電圧を印加することにより放電プラズマが形成さ
れ、放電管本体が加熱される。放電管本体が加熱される
ことで、放電管本体内の金属蒸発源から、レーザー媒体
となる蒸気化された金属粒子すなわち金属蒸気が生成さ
れる。この金属蒸気は、放電管本体内の放電プラズマ中
の自由電子により励起され、この励起された金属蒸気が
低いエネルギー準位に遷移する際にレーザー光が出力さ
れる。
In such a metal vapor laser device, a discharge tube body is filled with neon gas and a high voltage is applied between an anode and a cathode to form discharge plasma, and the discharge tube body is heated. When the discharge tube main body is heated, vaporized metal particles, that is, metal vapor serving as a laser medium are generated from the metal evaporation source in the discharge tube main body. The metal vapor is excited by free electrons in the discharge plasma in the discharge tube body, and a laser beam is output when the excited metal vapor transitions to a low energy level.

【0007】ところで、上述したように、レーザー光が
発振される場合には、放電管本体内を拡散する金属蒸気
により放電抵抗が変動し、結果として、発振されるレー
ザー光の出力が変動することから、レーザー光が発振さ
れた時点で、放電用バッファガス中の水素濃度を一定に
する必要がある。なお、レーザー光の出力は、放電用バ
ッファガス中の水素濃度によっても影響を受けることか
ら、レーザー光が発振された時点で、放電用バッファガ
スを、ネオンガス(純ネオンガス)から、予め所定の割
合で水素が混入された混合ガスに切り替える方法が利用
されている。
As described above, when laser light is oscillated, the discharge resistance fluctuates due to metal vapor diffused in the discharge tube body, and as a result, the output of the oscillated laser light fluctuates. Therefore, it is necessary to keep the hydrogen concentration in the discharge buffer gas constant at the time when the laser light is oscillated. Since the output of the laser beam is also affected by the hydrogen concentration in the discharge buffer gas, at the time when the laser beam is oscillated, the discharge buffer gas is converted from neon gas (pure neon gas) to a predetermined ratio in advance. A method of switching to a mixed gas mixed with hydrogen is used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放電用
バッファガスをネオンガスから混合ガスに切り替える場
合、レーザー発振が開始された時点を速やかに検知して
適切なタイミングで切り換える必要がある。この場合、
切り換えのタイミングがレーザー発振の開始よりも僅か
に速いと、レーザー出力が定格値に達しなくなる問題が
ある。一方、切り換えのタイミングがレーザー発振の開
始から必要以上に遅れると、レーザー出力が適正値に収
束させるために必要な時間が増大してしまう問題があ
る。
However, when switching the discharge buffer gas from a neon gas to a mixed gas, it is necessary to quickly detect the point at which laser oscillation is started and switch at an appropriate timing. in this case,
If the switching timing is slightly earlier than the start of laser oscillation, there is a problem that the laser output does not reach the rated value. On the other hand, if the switching timing is delayed more than necessary from the start of laser oscillation, there is a problem that the time required for the laser output to converge to an appropriate value increases.

【0009】また、金属加工機等のように、多数の金属
蒸気レーザー装置が利用されている場合には、全ての金
属蒸気レーザー装置の放電管本体内の放電用バッファガ
スを同時に切り替えなければならない問題がある。この
場合、混合ガスへの切り替え時間が各レーザー装置で異
なると、各レーザー装置から得られるレーザー出力がば
らつき、レーザーシステムとして安定したレーザー出力
が得られなくなる問題が生じる。
When a large number of metal vapor laser devices are used, such as a metal working machine, the discharge buffer gas in the discharge tube body of all the metal vapor laser devices must be switched at the same time. There's a problem. In this case, if the switching time to the mixed gas is different for each laser device, the laser output obtained from each laser device varies, causing a problem that a stable laser output cannot be obtained as a laser system.

【0010】この発明の目的は、低コストで且つ安定し
たレーザー出力が得られる金属蒸気レーザー装置を提供
することにある。
An object of the present invention is to provide a metal vapor laser device capable of obtaining a stable laser output at low cost.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記問題点
に基づきなされたもので、内部に金属蒸気を生成する金
属蒸気源が設置され、放電用バッファガスが充填された
放電管を、放電加熱により加熱して金属蒸気を発生さ
せ、この金属蒸気を励起してレーザー光を発生させる金
属蒸気レーザー装置において、前記放電用バッファガス
に、純ネオンガスまたはネオンガスに水素ガスを混合し
た混合ガスの2種類を用い、それぞれのバッファガスの
供給を、自動的に切り替える機構を設けたことを特徴と
する金属蒸気レーザー装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made on the basis of the above-mentioned problems, and has a metal vapor source for generating metal vapor therein, and discharges a discharge tube filled with a buffer gas for discharge. In a metal vapor laser apparatus which generates a metal vapor by heating and excites the metal vapor to generate a laser beam, the discharge buffer gas may be a pure neon gas or a mixed gas obtained by mixing a hydrogen gas with a neon gas. It is an object of the present invention to provide a metal vapor laser device characterized in that a mechanism for automatically switching the supply of each buffer gas is provided using a type.

【0012】また、この発明は、内部に金属蒸気を生成
する金属蒸気源が設置され、放電用バッファガスが充填
された放電管を、放電加熱により加熱して金属蒸気を発
生させ、この金属蒸気を励起してレーザー光を発生させ
る金属蒸気レーザー装置において、前記放電管内部に前
記放電用バッファガスの流量を制御して注入するガス流
量制御装置と、このガス流量制御装置接続された純ネオ
ンガス供給配管とネオンガスと水素の混合ガス供給配管
との2系統のガス供給配管と、この2系統のガス供給の
切り替え用弁を操作する切り換え制御装置と、前記放電
管内の放電用バッファガスを排気し、前記放電管内の前
記放電用バッファガスの圧力を一定に制御するガス圧力
制御装置と、を有することを特徴とする金属蒸気レーザ
ー装置を提供するものである。
Further, according to the present invention, a metal vapor source for generating metal vapor is provided therein, and a discharge tube filled with a discharge buffer gas is heated by discharge heating to generate metal vapor. A metal flow laser device that excites a laser beam to generate laser light, a gas flow control device that controls and injects a flow rate of the discharge buffer gas into the discharge tube, and a pure neon gas supply connected to the gas flow control device. A gas supply pipe of two systems of a pipe, a mixed gas supply pipe of neon gas and hydrogen, a switching control device for operating a valve for switching the gas supply of the two systems, and exhausting a discharge buffer gas in the discharge tube; A gas pressure control device for controlling the pressure of the discharge buffer gas in the discharge tube to be constant. Than it is.

【0013】さらに、この発明は、放電開始からの経過
時間、レーザー出力の発生、または放電抵抗の減少のい
ずれかに基づいて、放電用バッファガスを、ネオンガス
から混合ガスに切り替えることを特徴とする金属蒸気レ
ーザー装置を提供するものである。
Further, the present invention is characterized in that the discharge buffer gas is switched from a neon gas to a mixed gas based on any one of an elapsed time from the start of the discharge, generation of a laser output, and a decrease in a discharge resistance. A metal vapor laser device is provided.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0015】図1は、大出力の連続レーザー発振が可能
な金属蒸気レーザー装置の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a metal vapor laser device capable of continuous laser oscillation with high output.

【0016】図1に示されるように、金属蒸気レーザー
装置1は、セラミック等により形成された放電管本体
(セラミック管)2を有している。セラミック管2の両
端部には、陽極3および陰極4が対向して接続されてい
る。また、セラミック管2内部には、複数の金属蒸気源
5が配置されている。なお、図1に示すレーザー装置に
おいては、金属蒸発源として、好ましくは、銅が利用さ
れる。
As shown in FIG. 1, the metal vapor laser device 1 has a discharge tube main body (ceramic tube) 2 made of ceramic or the like. An anode 3 and a cathode 4 are connected to both ends of the ceramic tube 2 so as to face each other. A plurality of metal vapor sources 5 are arranged inside the ceramic tube 2. In the laser device shown in FIG. 1, copper is preferably used as a metal evaporation source.

【0017】セラミック管2は、断熱材6により、断熱
される。また、断熱材6の周囲は、金属製の胴体7によ
り覆われている。なお、胴体7は、絶縁筒8により絶縁
されている。
The ceramic tube 2 is insulated by a heat insulating material 6. The periphery of the heat insulating material 6 is covered with a metal body 7. The body 7 is insulated by the insulating cylinder 8.

【0018】セラミック管2の両端部の陽極3および陰
極4の外側には一対のブリュスタ管9aおよび9bが接
続されている。なお、それぞれのブリュスタ管9a,9
bには,セラミック管2内部で発振されたレーザー光を
透過する窓10a,10bが配置されている。また、窓
10a,10bの外側には、全反射ミラー11と出力ミ
ラー12が配置されている。
A pair of Brewster tubes 9a and 9b are connected outside the anode 3 and the cathode 4 at both ends of the ceramic tube 2. In addition, each Brewster tube 9a, 9
In b, windows 10a and 10b for transmitting the laser light oscillated inside the ceramic tube 2 are arranged. A total reflection mirror 11 and an output mirror 12 are arranged outside the windows 10a and 10b.

【0019】陰極4に接続された一方のブリュスタ管9
aは、放電用バッファガスを供給するガス供給系(後
述)と接続されたガス供給管13に、他方、陽極3に接
続されたブリュスタ管9bは、放電用バッファガスを排
気する排気管14に、それぞれ接続されている。
One Brewster tube 9 connected to the cathode 4
a denotes a gas supply pipe 13 connected to a gas supply system (described later) for supplying a buffer gas for discharge, and a blaster pipe 9b connected to the anode 3 connects to an exhaust pipe 14 for exhausting the buffer gas for discharge. , Are connected respectively.

【0020】ガス供給管13には、セラミック管2(ブ
リュスタ管9a)にガス供給系からのバッファガスを供
給/停止する仕切弁15が接続されている。
A gate valve 15 for supplying / stopping a buffer gas from a gas supply system to the ceramic tube 2 (Brewster tube 9a) is connected to the gas supply tube 13.

【0021】仕切弁15には、放電用バッファガスの流
量を測定するとともに仕切弁15の開度すなわち放電用
バッファガスの流量を制御する流量測定制御装置16が
接続されている。
The gate valve 15 is connected to a flow measurement controller 16 for measuring the flow rate of the discharge buffer gas and controlling the opening of the gate valve 15, that is, the flow rate of the discharge buffer gas.

【0022】流量測定制御装置16には、ガス供給系2
0が接続されている。
The flow measurement control device 16 includes a gas supply system 2
0 is connected.

【0023】ガス供給系20は、ネオンガスを供給する
ネオンガス供給系21とネオンガスと水素が所定比率で
混合された混合ガスを供給する混合ガス供給系22から
なる2系統のガス供給配管を有している。
The gas supply system 20 has two gas supply pipes including a neon gas supply system 21 for supplying neon gas and a mixed gas supply system 22 for supplying a mixed gas in which neon gas and hydrogen are mixed at a predetermined ratio. I have.

【0024】ガス供給系21,22のそれぞれと流量測
定制御装置16との間には、ネオンガス供給系21から
のネオンガスの供給/停止および混合ガス供給系22か
らの混合ガスの供給/停止を、外部からの制御信号によ
り遠隔操作可能な第1および第2の制御弁23,24が
接続されている。なお、それぞれの制御弁21,22
は、主制御装置25に電気的に接続されている。
The supply / stop of the neon gas from the neon gas supply system 21 and the supply / stop of the mixed gas from the mixed gas supply system 22 are provided between each of the gas supply systems 21 and 22 and the flow rate measurement control device 16. First and second control valves 23 and 24 that can be remotely operated by an external control signal are connected. In addition, each control valve 21,22
Are electrically connected to the main controller 25.

【0025】主制御装置25はまた、高速高電圧放電回
路(パルス電源)26に、電気的に接続されている。
The main controller 25 is also electrically connected to a high-speed high-voltage discharge circuit (pulse power supply) 26.

【0026】一方、排気管14には、放電管(セラミッ
ク管)2内の放電用バッファガスの圧力を一定に維持す
るための真空排気系30が接続されている。
On the other hand, the exhaust pipe 14 is connected to a vacuum exhaust system 30 for keeping the pressure of the discharge buffer gas in the discharge tube (ceramic tube) 2 constant.

【0027】真空排気系30は、真空排気ポンプ系31
と、真空排気ポンプ系31と排気管11との間に配置さ
れた流量調節弁32を含み、セラミック管2内の放電用
バッファガスの圧力を一定に設定する。
The evacuation system 30 includes an evacuation pump system 31
And a flow control valve 32 disposed between the vacuum pumping system 31 and the exhaust pipe 11 to set the pressure of the discharge buffer gas in the ceramic pipe 2 to be constant.

【0028】次に、上述した金属蒸気レーザー装置にお
けるレーザー光の発振および放電用バッファガスの制御
について詳細に説明する。
Next, the laser beam oscillation and the control of the discharge buffer gas in the above-described metal vapor laser apparatus will be described in detail.

【0029】まず、排気ポンプ系31を作動させて放電
管2内を排気し、排気終了後、ガス供給管13からのガ
ス流量が0となるよう、それぞれの弁15,23および
24を閉止とする。
First, the exhaust pump system 31 is operated to evacuate the inside of the discharge tube 2. After the evacuation, the valves 15, 23 and 24 are closed so that the gas flow from the gas supply tube 13 becomes zero. I do.

【0030】次に、第1の制御弁23を開とし、流量測
定制御装置16により第1の制御弁23の開度を調整し
て、ネオンガス(放電用バッファガス)を、所定の流量
(約1リットル/1時間)で放電管2内に注入する。こ
のとき、放電用バッファガス(ネオンガス)の注入によ
り上昇する放電管2内のバッファガス圧力は、真空排気
系30により、予め設定された圧力に調整される。
Next, the first control valve 23 is opened, and the opening of the first control valve 23 is adjusted by the flow rate measurement control device 16 so that the neon gas (discharge buffer gas) is supplied at a predetermined flow rate (approximately (1 liter / hour). At this time, the pressure of the buffer gas in the discharge tube 2 that rises due to the injection of the discharge buffer gas (neon gas) is adjusted to a preset pressure by the vacuum exhaust system 30.

【0031】続いて、パルス電源26を作動させて放電
管2内にプラズマを生起させ、このプラズマによって金
属蒸気源5が、金属蒸気を生成し得る温度まで昇温させ
る。なお、図1に示したレーザー装置における金属蒸発
源5として既に説明したように銅を用いた場合、レーザ
ー発振に必要な温度は、概ね1500°Cとなる。ま
た、この昇温に際しては、陽極3および陰極4を保持す
る電極支持フランジ3aおよび4aに接続された胴体7
と、胴体7に設置された接続点7aに接続されたパルス
電源26により、概ね10-7秒以下の立ち上り時間を有
し、繰返り周波数が数kHz〜数10kHzで、電圧が
十数kV〜数十kVのパルス高電圧が利用される。
Subsequently, the pulse power supply 26 is operated to generate plasma in the discharge tube 2, and the plasma causes the metal vapor source 5 to rise to a temperature at which metal vapor can be generated. In the case where copper is used as the metal evaporation source 5 in the laser apparatus shown in FIG. 1 as described above, the temperature required for laser oscillation is approximately 1500 ° C. When the temperature is raised, the body 7 connected to the electrode support flanges 3a and 4a for holding the anode 3 and the cathode 4 is used.
And the pulse power supply 26 connected to the connection point 7a installed on the body 7, has a rise time of about 10-7 seconds or less, a repetition frequency of several kHz to several tens kHz, and a voltage of tens of kV to A pulse high voltage of several tens of kV is used.

【0032】この状態が保持されることにより、セラミ
ック管(放電管)2内に金属(銅)蒸気(銅粒子)が一
様に分布する。
By maintaining this state, metal (copper) vapor (copper particles) is uniformly distributed in the ceramic tube (discharge tube) 2.

【0033】この金属(銅)蒸気にプラズマ中の自由電
子が衝突すると銅粒子が励起され、やがてセラミック管
2内は反転分布の状態となる。この状態で、励起された
金属蒸気(銅粒子)が低エネルギー準位に遷移する際
に、511ナノメートルおよび578ナノメートルの波
長のレーザー光が発生される。
When free electrons in the plasma collide with the metal (copper) vapor, the copper particles are excited, and the inside of the ceramic tube 2 has a population inversion state. In this state, when the excited metal vapor (copper particles) transitions to a low energy level, laser beams having wavelengths of 511 nm and 578 nm are generated.

【0034】このようにして、セラミック管2内で発生
したレーザー光は、窓13a,13bを通過し、レーザ
ー共振器を構成する全反射ミラー14および出力ミラー
15で反射する間にその振幅が増幅され、所定のレベル
まで増幅された時点で、出力ミラー15からレーザー光
として出射される。
In this way, the laser light generated in the ceramic tube 2 passes through the windows 13a and 13b, and its amplitude is amplified while being reflected by the total reflection mirror 14 and the output mirror 15 constituting the laser resonator. Then, at the time when the signal is amplified to a predetermined level, the light is emitted from the output mirror 15 as laser light.

【0035】ところで、上述したレーザー装置において
は、放電管2内での放電の開始とともに、金属(銅)蒸
気の影響により電気抵抗が低下して放電エネルギーの注
入が低下することにより、レーザー出力が低下すること
が知られている。
By the way, in the above-mentioned laser apparatus, the electric power is reduced due to the influence of metal (copper) vapor and the injection of discharge energy is reduced at the same time as the start of discharge in the discharge tube 2, so that the laser output is reduced. It is known to decrease.

【0036】そのため、既に説明したように、金属蒸気
レーザー装置においては、レーザー光の発振が開始され
た時点で、放電用バッファガスを、純ネオンガスからネ
オンと水素の混合放電用バッファガスに切り替える必要
がある。
Therefore, as described above, in the metal vapor laser apparatus, it is necessary to switch the discharge buffer gas from a pure neon gas to a mixed discharge buffer gas of neon and hydrogen when the laser beam starts to oscillate. There is.

【0037】この切り替え操作は、例えば、金属(銅)
蒸気の発生により電気抵抗が減少することが周知である
から、放電管2がプラズマにより昇温される時間と電気
抵抗の減少の関係を予め計測し、計測により得られた時
間経過後に、主制御装置25の制御により、実行され
る。なお、銅蒸気レーザー装置においては、銅の温度が
概ね1500°Cの時に、レーザー出力が最大となるこ
とが知られている。この場合、銅蒸気の密度と銅の温度
との間には、図2に示すような指数関数的な関係が成り
立つ。なお、銅の温度が1500°Cで、銅蒸気が十分
に発生されている場合には、放電管2内の電気抵抗は、
概ね5Ω(オーム)以下に低下する。これに対して銅蒸
気が十分に発生していないと、同電気抵抗は、数百Ω以
上となる。この場合、主制御装置25は、第1の制御弁
23を閉止として純ネオンガスの供給を停止し、同時に
第2の制御弁24を開とし、流量測定制御装置16によ
り第2の制御弁24の開度を調整して、ネオンガスと水
素が予め所定の比率で混合されている混合ガス(放電用
バッファガス)を、所定の流量で放電管2内に注入す
る。なお、混合ガスの圧力は、真空排気系30により、
予め設定された圧力に調整される。
This switching operation is performed, for example, by using metal (copper).
Since it is well known that the electric resistance decreases due to the generation of steam, the relationship between the time during which the discharge tube 2 is heated by the plasma and the decrease in the electric resistance is measured in advance, and after the time obtained by the measurement, the main control is performed. It is executed under the control of the device 25. In a copper vapor laser device, it is known that the laser output becomes maximum when the temperature of copper is approximately 1500 ° C. In this case, an exponential relationship as shown in FIG. 2 is established between the density of copper vapor and the temperature of copper. When the temperature of copper is 1500 ° C. and sufficient copper vapor is generated, the electric resistance in the discharge tube 2 becomes
It generally drops below 5 ohms. On the other hand, when the copper vapor is not sufficiently generated, the electric resistance becomes several hundred Ω or more. In this case, the main control device 25 closes the first control valve 23 to stop the supply of the pure neon gas, and simultaneously opens the second control valve 24, and the flow rate measurement control device 16 controls the second control valve 24. The opening degree is adjusted, and a mixed gas (discharge buffer gas) in which neon gas and hydrogen are previously mixed at a predetermined ratio is injected into the discharge tube 2 at a predetermined flow rate. The pressure of the mixed gas is controlled by the evacuation system 30.
The pressure is adjusted to a preset pressure.

【0038】このような、放電用バッファガスの切り替
えを、電気抵抗の検知結果に基づいて、電気抵抗の低下
と同時に実施することで、レーザー出力の変動を抑える
ことができる。この場合、予め放電管2がプラズマによ
り昇温される時間と電気抵抗の減少の関係を計測してお
くことで、単純に、昇温時間に基づいて、放電用バッフ
ァガスを切り替えることが可能となる。
By performing the switching of the discharge buffer gas at the same time as the decrease in the electric resistance based on the detection result of the electric resistance, the fluctuation of the laser output can be suppressed. In this case, by previously measuring the relationship between the time during which the discharge tube 2 is heated by the plasma and the decrease in the electrical resistance, it is possible to simply switch the discharge buffer gas based on the temperature rising time. Become.

【0039】また、放電時の電気抵抗は、印加電圧の測
定値と放電電流の測定値によっても求められる。この場
合、例えば、所定の抵抗値(約5オーム)より低下した
ときに、主制御装置25により放電用バッファガスを切
り替えてもよい。
The electric resistance at the time of discharging can also be obtained from the measured value of the applied voltage and the measured value of the discharge current. In this case, for example, when the resistance drops below a predetermined resistance value (about 5 ohms), the main controller 25 may switch the discharge buffer gas.

【0040】さらに、印加電圧が一定である場合、放電
電流が所定の値(約2600A)を越えた時点を、電気
抵抗が所定値より低下したと見なすことができる。
Further, when the applied voltage is constant, the point in time when the discharge current exceeds a predetermined value (about 2600 A) can be regarded as the electric resistance has dropped below the predetermined value.

【0041】またさらに、銅(金属)蒸気の発生により
生じる微小レーザー発振の強度を計測して、例えばレー
ザー出力が1Wを越えた時点で、放電用バッファガスを
切り替えてもよい。
Further, the intensity of the microlaser oscillation generated by the generation of the copper (metal) vapor may be measured, and the discharge buffer gas may be switched when the laser output exceeds 1 W, for example.

【0042】なお、上述したいづれの方法で3電気抵抗
を求める場合でも、金属蒸気レーザー装置に対して新た
に計測装置を付加する必要が生じないことから、装置の
コストが増加することはない。
Even when the three electrical resistances are obtained by any of the above-described methods, there is no need to add a new measuring device to the metal vapor laser device, so that the cost of the device does not increase.

【0043】以上説明したようにこの発明の実施の形態
によれば、レーザー光が発生されると概ね同時に、放電
用バッファガスをネオンガスからネオンガスと水素の混
合ガスに切り替えることができる。これにより、レーザ
ー出力が短時間で所定の値に収束されて安定される。ま
た、多数台のレーザー装置を同時に用いる場合には、そ
れぞれのレーザー装置におけるバッファガスの切り替え
を概ね同時に切り替え可能となることから、安定したレ
ーザー出力が得られる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the discharge buffer gas can be switched from neon gas to a mixed gas of neon gas and hydrogen almost at the same time when the laser beam is generated. Thereby, the laser output is converged to a predetermined value in a short time and is stabilized. Further, when a large number of laser devices are used at the same time, the switching of the buffer gas in each laser device can be switched at substantially the same time, so that a stable laser output can be obtained.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
レーザー装置のレーザー出力が生じてから短時間でバッ
ファガスをネオンガスからネオンガスと水素の混合ガス
に切り替えることができる。また、多数台のレーザー装
置を同時に用いる場合には、それぞれのレーザー装置に
おけるバッファガスの切り替えを概ね同時に切り替え可
能となることから、安定したレーザー出力が得られる。
As described above, according to the present invention,
The buffer gas can be switched from neon gas to a mixed gas of neon gas and hydrogen in a short time after the laser output of the laser device is generated. Further, when a large number of laser devices are used at the same time, the switching of the buffer gas in each laser device can be switched at substantially the same time, so that a stable laser output can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態を示す概略断面図。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示した銅蒸気レーザー装置の銅の温度と
放電管内の銅蒸気の密度との関係を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a copper temperature and a copper vapor density in a discharge tube of the copper vapor laser device shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ・・・金属蒸気レーザー装置、 2 ・・・セラミック管(放電管本体)、 3 ・・・陽極、 4 ・・・陰極、 5 ・・・金属蒸気源、 6 ・・・断熱材、 7 ・・・胴体、 8 ・・・絶縁筒、 9a・・・ブリュスタ管、 9b・・・ブリュスタ管、 10a・・・窓、 10b・・・窓、 11 ・・・全反射ミラー、 12 ・・・出力ミラー、 13 ・・・ガス供給管、 14 ・・・排気管、 15 ・・・仕切弁、 16 ・・・流量測定制御装置、 20 ・・・ガス供給系、 21 ・・・ネオンガス供給系、 22 ・・・混合ガス供給系、 23 ・・・第1の制御弁、 24 ・・・第2の制御弁、 25 ・・・主制御装置、 26 ・・・高速高電圧放電回路(パルス電源)、 30 ・・・真空排気系、 31 ・・・真空排気ポンプ系、 32 ・・・流量調節弁。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Metal vapor laser apparatus, 2 ... Ceramic tube (discharge tube main body), 3 ... Anode, 4 ... Cathode, 5 ... Metal vapor source, 6 ... Heat insulation material, 7 ··· Body, 8 ··· insulating tube, 9a ··· Brewster tube, 9b ··· Brewster tube, 10a ··· window, 10b ··· window, 11 ··· total reflection mirror, 12 ··· output Mirror 13 gas supply pipe 14 exhaust pipe 15 gate valve 16 flow measurement control device 20 gas supply system 21 neon gas supply system 22 ... mixed gas supply system 23 ... first control valve 24 ... second control valve 25 ... main controller 26 ... high-speed high-voltage discharge circuit (pulse power supply) 30 evacuating system 31 evacuating pump system 32 flow control valve

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】内部に金属蒸気を生成する金属蒸気源が設
置され、放電用バッファガスが充填された放電管を、放
電加熱により加熱して金属蒸気を発生させ、この金属蒸
気を励起してレーザー光を発生させる金属蒸気レーザー
装置において、 前記放電用バッファガスに、純ネオンガスまたはネオン
ガスに水素ガスを混合した混合ガスの2種類を用い、そ
れぞれのバッファガスの供給を、自動的に切り替える機
構を設けたことを特徴とする金属蒸気レーザー装置。
1. A metal vapor source for generating a metal vapor is installed therein. A discharge tube filled with a discharge buffer gas is heated by discharge heating to generate a metal vapor, and the metal vapor is excited. In a metal vapor laser device that generates laser light, a mechanism for automatically switching supply of each buffer gas using two types of pure neon gas or a mixed gas obtained by mixing hydrogen gas with neon gas as the discharge buffer gas is used. A metal vapor laser device characterized by being provided.
【請求項2】前記純ネオンガスと混合ガスを放電開始か
らの時間に基づいて切り替えることを特徴とする請求項
1記載の金属蒸気レーザー装置。
2. The metal vapor laser device according to claim 1, wherein the pure neon gas and the mixed gas are switched based on the time from the start of discharge.
【請求項3】前記純ネオンガスと混合ガスをレーザー出
力の発生を検出して切り替えることを特徴とする請求項
1記載の金属蒸気レーザー装置。
3. The metal vapor laser device according to claim 1, wherein said pure neon gas and said mixed gas are switched by detecting generation of a laser output.
【請求項4】前記純ネオンガスと混合ガスを放電時の放
電抵抗が所定の抵抗値より減少した時点で切り替えるこ
とを特徴とする請求項1記載の金属蒸気レーザー装置。
4. The metal vapor laser device according to claim 1, wherein the pure neon gas and the mixed gas are switched when a discharge resistance during discharge becomes lower than a predetermined resistance value.
【請求項5】内部に金属蒸気を生成する金属蒸気源が設
置され、放電用バッファガスが充填された放電管を、放
電加熱により加熱して金属蒸気を発生させ、この金属蒸
気を励起してレーザー光を発生させる金属蒸気レーザー
装置において、 前記放電管内部に前記放電用バッファガスの流量を制御
して注入するガス流量制御装置と、 このガス流量制御装置接続された純ネオンガス供給配管
とネオンガスと水素の混合ガス供給配管との2系統のガ
ス供給配管と、 この2系統のガス供給の切り替え用弁を操作する切り換
え制御装置と、 前記放電管内の放電用バッファガスを排気し、前記放電
管内の前記放電用バッファガスの圧力を一定に制御する
ガス圧力制御装置と、を有することを特徴とする金属蒸
気レーザー装置。
5. A metal vapor source for generating metal vapor is installed therein, and a discharge tube filled with a discharge buffer gas is heated by discharge heating to generate metal vapor, and the metal vapor is excited. In a metal vapor laser device that generates laser light, a gas flow control device that controls and injects a flow rate of the discharge buffer gas into the discharge tube, a pure neon gas supply pipe and a neon gas connected to the gas flow control device Two gas supply pipes including a hydrogen mixed gas supply pipe, a switching control device that operates a valve for switching between the two gas supply systems, and a discharge buffer gas in the discharge tube is exhausted. A gas pressure controller for controlling the pressure of the discharge buffer gas to be constant.
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